随着全球的能源储备量逐渐减少以及环境污染问题日益突出,全球制造业正面临着由能源缺乏和气候变化等问题所带来的巨大挑战。机械制造业肩负着为发展国民经济的各部门提供现代化技术装备的任务,其发展规模和水平,则是反映国家的经济实力和科研水平的重要标志。机床工业是机械制造业的基础和重要组成部分,机床作为机械制造业的基本生产设备,直接影响着其他机械产品的生产技术水平和经济效益。全球机床保有量庞大,且使用范围广泛,然而,相关参考文献数据显示机床能量利用率和加工效率相对较低、环境污染物排放严重。实现机床绿色高效制造已成工业界和学术界需要解决的重点问题,同时也是机床研究迫切需要解决的关键技术。本文以国家高技术研究发展计划课题(课题编号:2014AA041504):“典型机床绿色生产工艺技术评估及应用支持系统研究”为依托,针对典型机床能量利用率、碳排放和加工效率问题,提出了面向绿色高效制造的数控铣削工艺参数多目标优化这一课题。首先,分析了机床整个加工过程的能耗特性和机床的组成结构,基于数控机床的能耗特性与组成结构,将数控机床能量消耗分解成模块能量消耗,建立数控机床各模块能耗模型与工艺参数之间的函数关系式,根据现有的理论,从而得到面向绿色制造的能量效率和碳排放工艺参数优化模型。其次,以典型四坐标立式加工中心为例搭建数控机床加工能耗测试平台,并在典型四坐标立式加工中心上进行机床切削生产加工能耗数据采集。通过对实验数据分析与数值回归拟合,得到了各模块功率函数表达式和能耗模型,从而得到能量效率与碳排放函数表达式。通过设计实验获取数据对能量效率与碳排放函数模型进行验证,同时研究工艺参数对能量效率和碳排放的影响规律,得出立式加工中心铣削加工碳排放随着主轴转速的提高而增大,随进给速度、铣削深度和铣削宽度的增大而降低;能量效率随主轴转速、进给速度、铣削深度和铣削宽度的增大而增大;在相同主轴转速的情况下,选取较大的进给速度、切削深度和切削宽度在一定程度上可以有效地降低切削加工中的碳排放,显著提高机床的能量效率和加工效率。最后,采用量子遗传算法对面向绿色高效制造的工艺参数多目标优化模型求解优化工艺参数。通过对企业现有参数、优选参数和两组优化参数的铣削实验结果进行对比,得出优选工艺参数和两组优化工艺参数的结果优于现有工艺参数的结果,从而验证了优化方法的可行性,同时分析了优选方法与两种优化方法的不同之处。